工法文本城镇石质隧道洞口开挖施工与防护

PAGEPAGE16城镇石质隧道洞口开挖施工与防护工法***（*）D6-2011*****（**********建设有限公司）前言随着国民经济的发展,城市人口大量增加,许多城市显得非常“拥挤”,为了寻求发展,许多大城市逐步向城市郊区发展，交通与居住发生冲突。在隧道工程爆破作业中产生的爆破震动、爆破飞石对周边居民以及周边建筑物设施将带来危害，给环境也带来一定的损害，因此爆破的安全距离、爆破飞石安全距离是爆破作业的重要控制要素。为减小爆破地震效应对附近建筑(构)物的破坏影响,必须对爆破震动的大小进行分析,总结经验并采取相应的减震措施，以此来达到对隧道洞口周边居民及周边环境的保护。我公司对多个工程应用经验进行总结，形成了城镇石质隧道洞口开挖施工与防护工法。给工程施工提供了良好的保护环境，保障了隧道施工的顺利进行。工法特点2.1洞口浅孔开挖爆破过程中采用洞眼覆盖方法控制个别飞石，即在开挖掌子面爆破部位，用双排钢管固定脚手片做成覆盖导坑的覆盖物，装药后覆盖在爆破面上。2.2通过萨道夫斯基公式来计算控制炸药量，算出适当的炸药数量从而减少爆破震动对周边建筑物的危害，加强防护，随时监测、检查山坡稳定情况。2.3采用减震控制爆破技术，以及利用地面建筑物规范允许安全震速，反算出单段最大装药量，必要时适当增加雷管段数，减少单段最大装药量。适用范围适用于城镇石质隧道洞口的开挖。工艺原理为保证在爆破过程中对周边建筑物及周边环境的保护，需要对爆破地震强度、爆破安全距离以及爆破飞石安全距离等进行计算，爆破地震强度主要通过爆破振动测试来进行研究，我国爆破安全规程采用保护对象所在地质点峰值振动速度作为爆破振动判据的主要物理量指标，其计算大多使用工程爆破测试数据所推导的经验公式萨道夫斯基公式：（1）式中：V为介质质点的振动速度（cm/s），小于允许规定的安全震速；R为观测（计算）点到爆源的距离（m）；Q为炸药量（kg），齐发爆破时取总装药量，延迟爆破为最大一段的装药量；K,α为爆破条件、岩石特性等有关的系数，不同岩性的取值为：表1不同岩性的爆破系数K,α取值表岩性Kα坚硬岩石50—1501.3—1.55中硬岩石150—25001.5—1.88软岩石250—35001.8—2.00根据公式（1）可推出地震安全距离：（2）爆破飞石的飞散距离受地形、风向和风力、堵塞质量、爆破参数等因素影响，对爆破飞石的安全距离的计算一般采用以下公式：(3)式中：为个别飞散物的安全允许距离（m）；n为爆破作用指数；W为最小抵抗线（自药包中心至临空面的最短距离）；为安全系数，一般选用1—1.5，风大且顺风时抛掷正方向=1.5，山坡下方向=1.5—2。5施工工艺流程和操作要点5.1总体施工顺序5.1.1隧道选择从进口和出口相向同时掘进，先开挖洞口明洞段，开挖至暗洞处，刷洞口边仰坡，按设计要求进行边仰坡防护。5.1.2根据工程地质情况及周边环境，隧道出洞口的洞口开挖采用小导坑施工，再扩挖的方法。5.1.3隧道出口边仰坡段根据不同的围岩性质喷混凝土以及铺设钢筋焊接网进行加固。先开挖，初喷混凝土，打系统锚杆，挂网，架设钢拱架，复喷混凝土至设计厚度，开挖下一循环。5.1.4洞身开挖达到规定长度后，开始进行仰拱施工与衬砌工序施工。5.1.5隧道衬砌工序开始后，根据情况施工洞门，为保证洞门施工安全，尽量在雨季前施工完成。5.1.6最后施工隧道路面和洞内装饰等隧道附属设施。图1城镇石质隧道洞口爆破施工流程图5.2操作要点5.2.1爆破设计1）循环进尺：严格控制每一循环爆破进尺，不同的围岩段有不同的循环进尺，其中Ⅳ级围岩段小导坑进尺控制在1.0m-2.0m之间，扩挖进尺控制在3.0m-3.5m之间。2）爆破器材选择：炮眼根据现场地质情况、采用2号铵锑炸药和2号乳化炸药。起爆雷管选用微差非电毫秒雷管。分段微差爆破中，各相邻段间的爆破间隔的选择十分重要，间隔越长，振动信号越不易叠加，但爆破效果差，不利于进度和质量控制；反之，信号叠加范围越大，但不利于简单振动速度，借鉴以往经验，采用相邻两段间爆破间隔时间大于50ms的非电毫秒雷管，以大大减少震动波的叠加而不产生较大的震动。3）接力式起爆爆破网络设计：为确保起爆网络的安全传爆、改善爆破质量、减少爆破危害、方便施工操作，本工程的爆破起爆网络拟采用复式微差起爆网络，起爆网络采用塑料导爆管和四通连接，起爆器起爆。根据计算结果选择：先开挖超前小导洞再扩挖的方法掘进，进尺控制在1.0m-2.0m之间，装药量先进行小药量的试验爆破，根据爆破效果及爆破有害效应对周边建筑物的影响程度而进行适当调整。4）掏槽方式选择：采用直眼掏槽，掏槽眼比其他眼深10-20cm。5）周边眼布置形式：周边眼采用不耦合间隔装药，为实现间隔装药，使药卷居中在孔内，采取预先加工周边眼药串的办法，按设计将药卷用传爆线串联在竹片上，让药串架空居中于钻孔中心。6）起爆顺序：掏槽眼→掘进眼→内圈眼→周边眼→底板眼。5.2.2进洞口土石方开挖、爆破1）石方采用分层、分台阶法浅孔梯段控制爆破，梯段高度定位2—3m，根据现场情况采用多排垂直孔进行爆破，浅孔梯段爆破采用“多眼、浅孔、密炮、少药”方式，爆破参数选取和装药量经试爆后确定，以确保施工安全。2）装药结构采用线性联系装药，起爆方式采用非电毫秒雷管起爆，每个炮孔内装2个起爆药包。非电毫秒雷管孔和孔外延时，导爆管四通和毫秒雷管复式连接。3）为确保起爆网络的安全传爆、改善爆破质量、减少爆破危害、方便施工操作，工程的爆破起爆网络采用塑料导爆管和四通连接，起爆器起爆。为了确保起爆网络设计与现场施工的有效衔接，方便爆破施工，避免雷管的分发错误，采取了标志措施。对每个孔都用竹片进行标识，孔号、孔深、雷管段位。5.2.3出洞口土石方开挖、爆破隧道出口段是作为工程隧道爆破控制的重点之一，是爆破产生地震波、飞石等危害作用最强烈的部位。该段的开挖采取“多钻孔、短进尺、弱爆破”和先开挖超前中导洞（5m×5m）再扩挖的方法掘进，根据围岩性质来采取相应的循环进尺，加强施工临时监控量测，确保施工安全。施工中如遇实际围岩类别与设计资料不符合及时与监理、设计部门联系调整施工方案，确保开挖安全，顺利进行。下图为中导坑开挖炮眼布置图：图2导坑开挖炮眼布置图5.2.4循环进尺和爆破参数根据地质情况，不同围岩地段，有不同的循环进尺和爆破参数，以Ⅳ级围岩地段为例，小导坑每循环进尺1.0m-2.0m，扩挖进尺控制在3.0m-3.5m之间。表2Ⅳ级围岩钻爆参数围岩级别循环进尺/m钻孔直径周边眼间距/ccm周边眼抵抗线//cm药卷直径/cmm周边眼单孔装药药量/kg雷管段别拱墙区掏槽区底眼小导坑扩大开挖拱部边墙周边眼辅助眼孔底中间孔口周边眼辅助眼周边眼辅助眼Ⅳ1.53.042455060223200.050.050.0513129715根据地质变化情况，合理调整钻爆参数，尤其是在层理节理较多，软弱夹层，风化带等不良地质。例如，在风化带钻孔时就要往开挖轮廓线里移，爆破后再用风镐或撬棍人工排掉破碎的欠挖处，这样可以减少超欠挖。5.3洞口开挖施工与防护5.3.1为控制爆破有害效应，工程隧道出口最大单响药量距民房20m以下为1.50kg，一次爆破最大装药量为60kg，随着距离的增加，适当加大药量，为了确保起爆网络设计与现场施工的有效衔接，方便爆破施工，避免雷管的分发错误，采取了标识措施，对每个孔都用竹片进行标识，表面标明孔号、孔深、雷管段位。5.3.2装药结构采用分层间隔装药，其上下层药量之比为4:6，堵塞长度一般为0.6～0.8m，中间间隔一般为0.3～0.4m。随着距离的增加，适当加大药量，装药结构可调整采用连续装药。5.3.3根据计算结果可知，隧道出口民房、加油站为本次爆破振动影响的主要防护对象，具体选择的方案为：先开挖超前小导洞再扩挖的方法掘进，进尺控制在1.0m-2.0m之间，装药量先进行小药量的试验爆破，根据爆破效果及爆破有害效应对周边建筑物的影响程度而进行适当调整。5.3.4根据地质情况，Ⅳ级围岩地段，小导坑每循环进尺1.0m-2.0m，扩挖进尺控制在3.0m-3.5m之间。5.3.5在开挖爆破中，为控制单响药量在2kg一下，超前中导坑掏槽眼一孔一响，辅助眼两孔一响，周边眼三眼一响，底孔两眼一响。在扩挖爆破中，最大齐爆药量用毫秒导爆管雷管控制在2kg以下，辅助眼两孔一响，周边眼六眼一响，底孔两眼一响。根据距离的增加增加最大齐爆药量。5.3.6在隧道出洞口叉路上设置隔离防护网（板）保障外界行车行人的安全，也避免外界影响施工及车辆安全。5.3.7为了保证周边村民人身及财产安全，决定采用封闭式施工作业，用钢管制作一幅立体钢架围护，安装在隧道口，采取洞口与外界隔离，以阻止爆破飞石及减少爆破冲击波的危害。防护架作为近体防护的补充，在隧道口周围进行搭设防护架。采用三面防护，隧道出口开挖方向左右侧设12米高脚手架配以防护网和脚手片防护，长度至玻璃厂厂房。掌子面正前方利用即将拆除的原玻璃厂厂房做正面防护。5.3.8近体防护：隧道出口洞口段采用中导坑超前施工方法，导坑宽×高分别为5×5m,在开挖掌子面爆破部位，用双排钢管脚手片做成宽高分别为6×6m的覆盖物，装药后覆盖在爆破面上。加设配重，配重采用砂袋。5.3.9爆破采用有效的防护措施，警戒范围定为100m。离爆破点四周各100m范围的区域为本区控制爆破的警戒范围。分别在距隧道口100米外设置警戒岗哨点，人员、车辆一律禁止进入。6材料与设备6.1主要材料2#岩石铵梯炸药和乳化炸药（用于涌水地段）,其规格为Φ25×200mm（用于周边眼），Φ32×200mm两种；火雷管和非电毫秒导爆雷管。6.2主要设备（表3）表3主要施工机具设备表 序号仪器设备名称规格型号功率、吨位、容容积数量台（套）1凿岩机(风枪))YT-28202钻孔台车自制178-3533/1600KW53凿岩潜孔钻机24轴流风机90-145发电机组6160AG//上海200kw26移动式空压机3L-1018810m3/miin27激光导向仪JD-70028经纬仪J229水准仪DS3210洒水车BJH50900GS10m317质量控制7.1质量标准《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）《爆破安全规程》（GB6722-2003）《爆破评估报告》7.2质量控制7.2.1技术人员需对洞口地质情况进行详细调查，对不良围岩、偏压等情况基本掌握，在岩面上放出炮眼位置，竖立标牌，标明炮眼编号、方向、深度、装药量。7.2.2为了确保起爆网络设计与现场施工的有效衔接，方便爆破施工，避免雷管的分发错误，采取了标识措施，对每个孔都用竹片进行标识，表面标明孔号、孔深、雷管段位。7．2.3装药量先进行小药量的试验爆破，根据爆破效果及爆破有害效应对周边建筑物的影响程度而进行适当调整。7.2.4隧道出口段的开挖采取“多钻孔、短进尺、弱爆破”和先开挖超前中导洞再扩挖的方法掘进。根据围岩性质来采取相应的循环进尺，加强施工临时监控量测，确保施工安全。8安全措施8.1施工现场实施全封闭施工，除安全区维护、施工人员外任何外部车辆及人员未经允许均不能进入施工作业区。经允许进入施工区的人员必须按规定着装、带好安全帽，并只能在安全警戒范围区域内，不得随意靠近施工面。8.2组织机械设备，清除洞顶坡面表土、危石和排除其他安全隐患。8.3技术人员需对洞口地质情况进行详细调查，对不良围岩、偏压等情况基本掌握，在岩面上放出炮眼位置，竖立标牌，标明炮眼编号、方向、深度、装药量。8.4装药量先进行小药量的试验爆破，根据爆破效果及爆破有害效应对周边建筑物的影响程度而进行适当调整。8.5隧道出口段的开挖采取“多钻孔、短进尺、弱爆破”和先开挖超前中导洞再扩挖的方法掘进。根据围岩性质来采取相应的循环进尺，加强施工临时监控量测，确保施工安全。8.6所有施工安全防护设施，包括：标志、标牌、锥形标、隔离墙板、警示灯具等准备充分，以保证隧道出洞口交叉路口意外发生时及时恢复通行。并制作横幅等标语对司乘人员进行提示。8.7在隧道出洞口叉路上设置隔离防护网（板）保障外界行车行人的安全，也避免外界影响施工及车辆安全。8.8为了保证周边村民人身及财产安全，采用封闭式施工作业，用钢管制作一幅立体钢架围护，安装在隧道口，采取洞口与外界隔离，以阻止爆破飞石及减少爆破冲击波的危害。8.9填塞：炮孔保证填塞长度和填塞质量，堵孔采用炮泥，长度不小于60cm，并用竹杆或木棍捣密实。8.10爆破采用有效的防护措施，设定警戒范围，在隧道口周围设置警戒岗哨点，人员、车辆一律禁止进入。8.11爆破负责人按照爆破设计每天抽查一次掌子面钻爆作业，确认和纠正违规施工。并有权制止严重违规违纪施工，乃至发出停止作业命令。9环保措施9.1建筑垃圾必须集中堆放并随时准备清理，当天运走，不用的料具和机械应及时清退出场，保持场内整洁。9.2生活区内要设置垃圾容器，不得将垃圾及杂物乱丢乱弃。生活区内水沟应派专人定时清扫，确保畅通。路面整洁，无污物。9.3建筑垃圾和其他散体物料装运应实行车辆密闭式运输，冲洗干净后出场，运输过程中严禁沿途抛、洒、滴、漏。9.4保护原有植被，洞口土石方开挖、边坡刷坡时，尽量减少开挖，对合同规定的施工界限内外的植物、树木等尽力维持原状；砍除树木和其它经济植物时，事先征得所有者和业主的批示同意，严禁超范围砍伐。对可移植保护的，尽力采取措施进行保护性移植。9.5注意保护水土，弃土场按设计要求对坡脚进行防护，堆顶进行平整覆盖，并做好排水设施，防止雨季冲刷漫流，造成水污染或水土流失。9.6配备专用洒水车，对施工现场和运输道路经常进行洒水湿润，减少扬尘。在爆破作业中，采用喷水降尘，保证作业面粉尘含量达标。在取弃土场设置喷水降尘系统。严禁在施工现场焚烧任何废弃物和会产生有毒有害气体、烟尘、恶臭的物质。9.7降低噪声：确定施工场地合理布局、优化作业方案和运输方案，保证施工安排和场地布局考虑尽量减少施工对周围居民生活的影响，减少噪声的强度和敏感点受干扰的时间。出渣等机械车辆途径施工生活营地或居住场所时减速慢行，不鸣喇叭。10资源节约该施工工艺易操作，针对不同情况、不同地段采用相应的爆破方案，保证施工质量，施工快速，能有效缩短工期，提高施工安全性，降低施工成本。11效益分析11.1经济效益依据隧道洞口的工程施工特点，不同地段采用相应的爆破方式，保证了边仰坡坡率，有效地控制了超欠挖，提高施工质量；确保安全生产，提高施工安全性；减少了周边建筑物拆除费用，缩短了工期，降低了施工成本。11.2社会效益采用控制爆破技术，计算出每次爆破最大段发药量与总装药量，严格控制爆破震